EP2733372B1 - Zweireihiges wälzlager in tandem-anordnung mit kammkäfigen - Google Patents

Zweireihiges wälzlager in tandem-anordnung mit kammkäfigen Download PDF

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EP2733372B1
EP2733372B1 EP13154921.4A EP13154921A EP2733372B1 EP 2733372 B1 EP2733372 B1 EP 2733372B1 EP 13154921 A EP13154921 A EP 13154921A EP 2733372 B1 EP2733372 B1 EP 2733372B1
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EP
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cage
projections
rolling bodies
adjacent
friction bearing
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EP2733372A2 (de
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Chad LABELLE
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates generally to rolling bearings, and more particularly to tandem ball bearings.
  • Tandem bearings find widespread use in various mechanical applications, including in the field of motor vehicles. Tandem bearings have two rows of rolling elements. The two rows are arranged in a stepped manner, offset from one another in the axial direction. Such rows usually include cages for supporting and separating the rolling elements from each other in the circumferential direction. A subspecies of such Tademlagern are tandem ball bearings, in which the rolling elements are balls. Tandem ball bearing assemblies may include a subassembly of small and a subassembly of large rolling elements. Each subunit has a cage and a plurality of rolling elements.
  • the mounting of the rolling element subassemblies depends on the diametric interference between the mounting diameter of the smaller rolling element subassembly, which is defined as the diameter formed on the radially inner surface of the rolling elements, and the diameter of a diameter of a retaining element formed on an axial end of the inner ring. Slight deviations in the support diameter of the smaller rolling element subassembly due to geometrical tolerances, moisture absorption, and / or thermal expansion may cause excessive or inadequate support of the smaller rolling element subassembly on the inner ring.
  • Cages for the separation of rolling elements are typically made of plastic by an injection molding process.
  • the US Patent Application 2010/0189386 A1 discloses a double-row angular contact ball bearing, wherein one row is designed as two-point storage and the other row is designed as a four-point storage.
  • the two main types of cages currently used in ball bearings are closed and open cages. Closed cages hold the rolling elements in the circumferential direction and in both axial directions. When installed in a bearing unit, the rolling elements arranged in a closed cage are held either by the cage or by the raceways of the rings about a given axis.
  • the U.S. Patent 6,783,279 B2 discloses a double row ball bearing in O arrangement with a closed cage, in which bearing the rolling elements are held by closed cages. These closed cages require additional space between the rolling element subassemblies to maintain the clearance required for operation. Closed cages are therefore often more sensitive in their holding properties than open cages because of their design, and the holding forces generated by closed cages are higher than with open cages.
  • Open cages separate rolling elements from each other in the circumferential direction and hold the rolling elements on one of the axial sides.
  • the US Patent Application 2010/0296761 A1 discloses a double-row angular ball bearing in O-arrangement with an open cage.
  • the document JP 2011 241 979 A discloses a double row angular contact ball bearing with the rows of balls arranged in a tandem arrangement. The balls of the two rows are held in each other with the open sides facing comb cages.
  • this inner ring subassembly After attachment of the rolling element subassemblies on the inner ring, this inner ring subassembly is dropped by a short distance along a shaft, the subassembly is oriented with the smaller rolling elements with the front side down.
  • the inner ring subassembly remains at one Stand intermediate position before it is pressed in the intended position with respect to the outer ring.
  • the mounting of the smaller rolling element subassembly on the seat of the smaller raceway of the inner ring is necessary during installation.
  • tandem bearings that have the advantages of both open and closed cages.
  • a cage for a tandem bearing that does not have the required higher width dimensions or the stiffness provided by closed cages, but still ensures improved support of the rolling elements during installation.
  • a tandem rolling bearing with the features of claim 1 is provided.
  • the invention accordingly discloses a tandem rolling bearing having an inner race and an outer race, each of which defines at least two raceways.
  • a first rolling element subassembly has a first plurality of rolling elements and a first cage and is disposed in a first pair of raceways in the inner and outer bearing rings.
  • the first cage has a first ring having a plurality of axially extending protrusions each having an axial free end, wherein rolling-element holding pockets are formed between each adjacent pairs of protrusions.
  • Each projection includes a pair of radially outer tabs extending in a circumferential direction into adjacent pockets.
  • the radially outer lobes which extend from adjacent projections in each of the pockets, form a radially outer retaining surface for each rolling element of the first plurality of rolling elements in the corresponding pocket.
  • a partially spherical surface on an inner surface of the first ring and radially inner partial cylindrical surfaces respectively disposed between the projections of each of the pockets are respectively in contact with a corresponding rolling element of the first plurality of rolling elements.
  • a second rolling element subassembly has a second plurality of rolling elements and a second cage and is disposed in a second pair of raceways in the inner and outer bearing rings.
  • the second cage points a second ring having a plurality of axially extending projections each having an axial free end, wherein rolling body holding pockets are formed between each adjacent pairs of projections.
  • Each projection includes a pair of radially inner tabs extending in a circumferential direction into adjacent pockets.
  • a partially spherical surface on an inner surface of the second ring and radially outer, each disposed between the projections of each of the pockets, partially cylindrical surfaces are each in contact with a corresponding rolling elements of the second plurality of rolling elements.
  • the free ends of the projections of the first cage and the second cage face each other.
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment of a tandem rolling bearing 10 according to the present invention.
  • the tandem rolling bearing 10 has a coaxial with an outer ring 30 arranged inner ring 20.
  • the inner and outer rings 20, 30 each define at least two raceways 22, 24, 32, 34 for supporting the rolling elements 40, 50 in the radial direction. Between the inner and outer rings 20, 30 plural numbers of rolling elements 40, 50 are arranged to support the rings 20, 30 during rotational movements.
  • the rolling elements 40, 50 are preferably balls, and the bearing is preferably a tandem ball bearing.
  • First and second cages 60, 70 have spacers in the circumferential direction for the multiple numbers of rolling elements 40, 50 on. During assembly, the multiple numbers of rolling elements 40, 50 in the radial direction in the cages 60, 70 are used.
  • Methods of making the inner and outer rings 20, 30 are well known.
  • the inner and outer rings 20, 30 may be made of any suitable material having the desired hardness and resilience characteristics, such as, but not limited to, toughened or case hardened
  • FIG. 12 shows a first rolling element subassembly 160 having one of the rolling elements of the first plurality of rolling elements 40 and the first cage 60.
  • the first cage 60 is in a first pair of raceways 24, 34 in the interior and outer rings 20, 30.
  • the Figures 2-4 show that the first cage 60 has a first ring 62 provided with a plurality of axially extending projections 64 having an axial free end 61. Holding pockets 90 for the rolling elements are formed between each adjacent pair of axially extending projections 64.
  • the projections 64 each have a pair of radially outer tabs 66 which extend in a circumferential direction into adjacent retaining pockets 90.
  • the radially outer tabs 66 extending from adjacent projections 64 into each of the adjacent retaining pockets 90 define radially outer retaining surfaces 166, 168 for each one of the rolling elements of the first plurality of rolling elements 40 in the corresponding pocket 90.
  • the radially outer retaining surfaces 166 , 168 are preferably adapted to a contact surface of the rolling elements 40, and in preferred embodiments are partially spherical surfaces.
  • Radially inner, partially cylindrical surfaces 68 are located on the projections 64 each radially inward of the corresponding outer lug 66 of the respective pocket 90.
  • a partially spherical surface 80 formed on an inner wall of the first ring 62 forms a radially inner support for the rolling elements 40 and has a hook-free transition to the radially inner partially cylindrical surfaces 68.
  • the first cage 60 is preferably made as a whole in one piece of plastic.
  • the second rolling element base unit 170 has a larger overall diameter than the first rolling element base unit 160.
  • the second cage 70 When the tandem rolling bearing 10 is mounted, is the second cage 70 in a second pair of raceways 22, 32 in the inner and outer rings 20, 30.
  • Die Figures 5-7 show that the second cage 70 has a second ring 72 provided with a plurality of axially extending projections 74 having an axial free end 71. Holding pockets 100 for the rolling elements are formed between each adjacent pair of the projections 74.
  • the projections 74 each have a pair of radially inner tabs 76 which extend in the circumferential direction into each of the adjacent holding pockets 100.
  • the radially inner tabs 76 extending from adjacent projections 74 into each of the adjacent retaining pockets 100 define radially inner retaining surfaces 176, 178 for each one of the rolling elements of the second plurality of rolling elements 50 in the corresponding pocket 100.
  • the radially inner retaining surfaces 176 , 178 are preferably adapted to a contact surface of the rolling elements, and in preferred embodiments are partial spherical surfaces.
  • Radially outer, partially cylindrical surfaces 78 are located on the projections 74 respectively radially outwardly of the corresponding inner lug 76 of the respective pocket 100.
  • a partially spherical surface 82 formed on an inner wall of the second ring 72 forms a radially outer support for the rolling elements 50 and has a hook-free transition to the radially outer partially cylindrical surfaces 78.
  • the second cage 70 is preferably made as a whole in one piece of plastic.
  • the rolling element subassemblies 160, 170 of the present tandem roller bearing 10 can be arranged closer to each other than tandem roller bearings with closed cages, which due to the closed cage design additional space for the required clearance between the rolling element sub-assemblies need. Due to the open design of the cages 60, 70 according to the invention, the shortest distance between the first plurality of rolling elements 40 and the second plurality of rolling elements 50 can be reduced.
  • the first and second plurality of rolling elements 40, 50 on spherical rolling elements each disposed on a radial axis 41, 51, which extends through an axial center 12 of the tandem ball bearing 10 and a orthogonal to the radial axis 41, 51 arranged equator 42, 52 which divides the spherical rolling elements into radially inner hemispheres 43, 53 and radially outer hemispheres 44,54.
  • the rolling elements 40, 50 of the first and second pluralities of spherical rolling elements each have a center P through which the radial axes 41, 51 extend.
  • the equators 42, 52 define a plane orthogonal to the radial axes 41, 51.
  • An axial plane 47, 57 extends through the center P and extends parallel and radially offset from the axial center 12 of the tandem ball bearing 10th
  • the radially outer tabs 66 of the first cage 60 contact two quadrants 45, 46 of the radially outer hemisphere 44 of each of the first plurality of rolling elements 40, each adjacent the free axial ends 61 of the projections 64 are, and the partially spherical surface 80 of the first cage 60 and / or the partially cylindrical surfaces 68 contact the radially inner hemisphere 43.
  • the partially spherical surface 80 extends around the radial axis 41 of the first plurality of rolling elements 40. Wie in Fig. 13 can be seen, the angle ⁇ is defined by the partial spherical surface 80 which extends around the radial axis 41.
  • the angle ⁇ is preferably in the range of 170 ° to 190 °.
  • the angle ⁇ is defined in part by the outer retaining surfaces 166, 168 and preferably extends in the range of about 260 ° to 270 ° about the radial axis 41.
  • Fig. 14 shows that the angle ⁇ partially through the radially inner partially cylindrical surfaces 68th is defined and that it preferably extends in the range of about 225 ° to 255 ° about the axial axis 47.
  • the radially inner tabs 76 contact two quadrants 55, 56 of the radially inner hemisphere 53 of each of the second plurality of rolling elements 50, which are adjacent to the free axial ends 71 of the projections 74 and the partially spherical surface 82 of the second cage 70 and / or the partially cylindrical surfaces 78 contact the radially outer hemisphere 54.
  • the partially spherical surface 82 extends around the radial axis 51 of the second plurality of rolling elements 50. As in FIG Fig. 15 As can be seen, the angle a 'is defined by the partial spherical surface 82 which extends around the radial axis 51.
  • the angle a ' is preferably in the range of 170 ° to 190 °.
  • the angle ⁇ ' is defined in part by the inner retaining surfaces 176, 178 and preferably extends in the range of about 260 ° to 270 ° about the radial axis 51.
  • Fig. 16 shows that the angle ⁇ 'is partially defined by the radially outer partially cylindrical surfaces 78 and that it preferably extends in the range of about 225 ° to 255 ° about the axial axis 57.
  • the projections 64 of the first cage 60 each have a first bevelled portion 65 on a radially inner surface adjacent to the axial free end 61.
  • the projections 64 of the first cage 60 also preferably each have a second bevelled portion 67 on a radially outer surface adjacent to the first ring 62.
  • Fig. 11 shows that each projection 64 of the first cage 60 also has a third beveled portion 69 at a radially outer surface adjacent the axial free end 61.
  • the projections 74 of the second cage 70 each have a first beveled portion 75 at a radially outer surface adjacent the axial free end 71.
  • the projections 74 of the second cage 70 also preferably each have a second bevelled portion 77 on a radially inner surface adjacent to the second ring 72 on.
  • the second ring 72 may additionally include a radially extending rib 79 that extends radially outward beyond beyond the projections 74 of the second cage 70.
  • the second ring 72 may include a radially extending rib 79 that extends radially inwardly beyond the projections 74 of the second cage 70.
  • the inner ring 20 has a holding element 26 at one axial end.
  • the holding element 26 is an annular rib whose diameter is greater than the diameter of the adjacent raceway 24.
  • the smaller rolling element base unit 160 has a smaller holding diameter than the diameter of the holding element 26 of the inner ring 20. The smaller rolling element base unit 160 is pressed into the raceway 24 via the retaining element 26 and held firmly in position by the retaining element 26.

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  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft in Allgemeinen Wälzlager und insbesondere Tandem-Kugellager.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Wälzlager finden einen weit verbreiteten Einsatz in verschiedenen mechanischen Anwendungen einschließlich auf dem Gebiet von Kraftfahrzeugen. Tandem-Wälzlager weisen zwei Reihen von Wälzkörpern auf. Die beiden Reihen werden gestuft angeordnet, in axialer Richtung zueinander versetzt. Solche Reihen schließen normalerweise Käfige zur Halterung und Trennung der Wälzkörper voneinander in Umfangsrichtung ein. Eine Unterart von solchen Tademlagern sind Tandem-Kugellager, in denen die Wälzkörper Kugeln sind. Tandem-Kugellager-Baueinheiten können eine Unterbaueinheit von kleinen und eine Unterbaueinheit von großen Wälzkörpern aufweisen. Jede Untereinheit weist einen Käfig und eine Mehrzahl von Wälzkörpern auf. Die Halterung der Wälzkörper-Unterbaueinheiten hängt von der diametrischen Interfenz zwischen dem Halterungsdurchmesser der kleineren Wälzkörper-Unterbaueinheit, welcher als der an der radial inneren Fläche der Wälzkörper gebildete Durchmesser definiert wird, und dem Durchmesser eines an einem axialen Ende des Innenrings gebildeten Durchmesser eines Halteelements. Geringfügige Abweichungen des Halterungsdurchmessers der kleineren Wälzkörper-Unterbaueinheit auf Grund von geometrischen Toleranzen, Feuchtigkeitsaufnahme, und/oder Wärmedehnung können eine übermäßige oder unzureichende Halterung der kleineren Wälzkörper-Unterbaueinheit an dem Innenring verursachen.
  • Käfige für die Trennung von Wälzkörpern werden typischerweise aus Kunststoff durch ein Spritzgießverfahren hergestellt. Die US-Patentanmeldung 2010/0189386 A1 offenbart ein zweireihiges Schrägkugellager, wobei eine Reihe als Zweipunktlagerung und die andere Reihe als Vierpunktlagerung ausgeführt ist.
  • Die aktuell bei Kugellagern verwendeten zwei Hauptarten von Käfigen sind geschlossene und offene Käfige. Geschlossene Käfige halten die Wälzkörper in der Umfangsrichtung und in beiden axialen Richtungen. Bei einem Einbau in einer Lagereinheit werden die in einem geschlossenen Käfig angeordneten Wälzkörper entweder durch den Käfig oder durch die Laufbahnen der Ringe um einer gegebenen Achse gehalten. Das US-Patent 6,783,279 B2 offenbart ein zweireihiges Kugellager in O-Anordnung mit einem geschlossenen Käfig, in welchem Lager die Wälzkörper durch geschlossene Käfige gehalten werden. Diese geschlossenen Käfige benötigen zusätzlichen Raum zwischen den Wälzkörper-Unterbaueinheiten, um das für den Betrieb benötigte Spiel aufrechtzuhalten. Geschlossene Käfige sind folglich auf Grund ihrer Gestaltung häufig empfindlicher in Bezug auf ihre Halteeigenschaften als offene Käfige, und die durch geschlossene Käfige generierten Haltekräfte sind höher als bei offenen Käfigen.
  • Offene Käfige trennen Wälzkörper voneinander in der Umfangsrichtung und halten die Wälzkörper an einer der axialen Seiten. Die US-Patentanmeldung 2010/0296761 A1 offenbart ein zweireihiges Schrägkugelrollenlager in O-Anordnung mit einem offenen Käfig.
  • Diese offenen Käfige halten die Wälzkörper weder in der äußeren radialen Richtung noch in beiden axialen Richtungen.
  • Das Dokument JP 2011 241 979 A offenbart ein zweireihiges Schrägkugellager, wobei die Kugelreihen in einerTandemanordnung angeordnet sind. Die Kugeln der beiden Reihen sind in einander mit den offenen Seiten zugewandten Kammkäfigen gehalten.
  • Während des Einbaus von Käfig-Unterbaueinheiten an einen Innenring einer Lagerbaueinheit wäre eine Halterung der Wälzkörper sowohl in der äußeren radialen Richtung sowie in den axialen Richtungen wünschenswert.
  • Es wäre weiterhin wünschenswert, die Wälzkörper während des Einbaus der Unterbaueinheiten an den Außenring in den Käfigen zu halten. Nach Befestigung der Wälzkörper-Unterbaueinheiten an dem Innenring, wird diese Innenring-Unterbaueinheit durch eine kurze Strecke entlang einer Welle fallengelassen, wobei die Unterbaueinheit mit den kleineren Wälzkörpern mit der Vorderseite nach unten orientiert ist. Die Innenring-Unterbaueinheit bleibt an einer Zwischenposition stehen, bevor sie in die vorgesehene Lage in Bezug auf den Außenring gedrückt wird. Die Halterung der kleineren Wälzkörper-Unterbaueinheit am Sitz der kleineren Laufbahn des Innenrings ist während des Einbaus notwendig.
  • Folglich existiert ein Bedarf an Tandem-Wälzlagern, die die Vorteile sowohl von offenen wie auch von geschlossenen Käfigen aufweisen. Es gibt einen Bedarf an einem Käfig für ein Tandem-Wälzlager, der nicht über die erforderlichen höheren Breitenmaße oder über die durch geschlossene Käfige gegebene Steifigkeit verfügt, aber trotzdem eine verbesserte Halterung der Wälzkörper während des Einbaus sicherstellt.
    • Zusammenfassung
  • Erfindungsgemäß ist ein Tandem-Wälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen. Die Erfindung offenbart demnach ein Tandem-Wälzlager, das einen Innenlagerring und einen Außenlagerring aufweist, wobei jeder dieser Ringe mindestens zwei Laufbahnen begrenzt. Eine erste Wälzkörper-Unterbaueinheit weist eine erste Mehrzahl von Wälzkörpern und einen ersten Käfig auf und ist in einem ersten Paar von Laufbahnen in den Innen- und Außenlageringen angeordnet. Der erste Käfig weist einen ersten Ring mit einer Mehrzahl von sich axial erstrecken Vorsprüngen auf, welche jeweils ein axiales freies Ende haben, wobei Wälzkörper haltende Taschen zwischen jeweils benachbarten Paaren von Vorsprüngen gebildet werden. Jeder Vorsprung schließt ein Paar von radial äußeren Nasen ein, welche sich in einer Umfangsrichtung in benachbarte Taschen erstrecken. Die radial äußeren Nasen, welche sich von benachbarten Vorsprüngen in jede der Taschen erstrecken, bilden eine radial äußere Haltefläche für je einen Wälzkörper der ersten Mehrzahl von Wälzkörpern in der entsprechenden Tasche. Eine partiell sphärische Fläche an einer inneren Fläche des ersten Rings und radial innere, jeweils zwischen den Vorsprüngen jeder der Taschen angeordnete, teilzylindrische Flächen sind jeweils in Kontakt mit einem entsprechenden Wälzkörper der ersten Mehrzahl von Wälzkörpern. Eine zweite Wälzkörper-Unterbaueinheit weist eine zweite Mehrzahl von Wälzkörpern und einen zweiten Käfig auf und ist in einem zweiten Paar von Laufbahnen in den Innen- und Außenlageringen angeordnet. Der zweite Käfig weist einen zweiten Ring mit einer Mehrzahl von sich axial erstreckenden Vorsprüngen auf, welche jeweils ein axiales freies Ende haben, wobei Wälzkörper haltende Taschen zwischen jeweils benachbarten Paaren von Vorsprüngen gebildet werden. Jeder Vorsprung schließt ein Paar von radial inneren Nasen ein, welche sich in einer Umfangsrichtung in benachbarte Taschen erstrecken. Die radial inneren Nasen, welche sich von benachbarten Vorsprüngen in jede der Taschen erstrecken, bilden eine radial innere Haltefläche für je einen Wälzkörper der zweiten Mehrzahl von Wälzkörpern in der entsprechenden Tasche.
  • Eine partiell sphärische Fläche an einer inneren Fläche des zweiten Rings und radial äußere, jeweils zwischen den Vorsprüngen jeder der Taschen angeordnete, teilzylindrische Flächen sind jeweils in Kontakt mit einem entsprechenden Wälzkörper der zweiten Mehrzahl von Wälzkörpern. Die freien Enden der Vorsprünge des ersten Käfigs und des zweiten Käfigs sind einander zugewandt.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • Fig. 1
    ist eine Querschnitts-Ansicht eines Tandem-Wälzlagers gemäß der vorliegenden Erfindung.
    Fig. 2
    bis 4 sind perspektivische Ansichten eines ersten Käfigs und einer ersten Wälzkörper-Unterbaueinheit.
    Fig. 5-7
    sind perspektivische Ansichten eines zweiten Käfigs und einer zweiten Wälzkörper-Unterbaueinheit.
    Fig. 8
    ist eine perspektivische Ansicht des zweiten Käfigs.
    Fig. 9
    und 10 sind perspektivische Ansichten des zweiten Käfigs, wobei nicht sichtbare Linien gezeigt sind.
    Fig. 11
    ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführung des ersten Käfigs.
    Fig. 12
    ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführung des zweiten Käfigs.
    Fig. 13
    ist eine Draufsicht des ersten Käfigs.
    Fig. 14
    ist eine Vorderansicht des ersten Käfigs.
    Fig. 15
    ist eine Draufsicht des zweiten Käfigs.
    Fig. 16
    ist eine Vorderansicht des zweiten Käfigs.
    Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
  • Bestimmte, in der folgenden Beschreibung verwendete Fachbegriffe, sind lediglich aus Bequemlichkeitsgründen verwendet worden und sind nicht als ausschließend zu betrachten. Die Wörter "innere", "äußere", "nach innen" und "nach außen" beziehen sich auf Richtungen zu oder weg von den in den Zeichnungen gekennzeichneten Teilen. Ein Bezug auf eine Liste mit Aufzählungen formuliert als "mindestens eins von a, b, oder c" (wobei a, b, und c die aufgezählten Einzelheiten darstellen) bedeutet eine beliebige der Einzelheiten a, b, oder c, oder Kombinationen daraus. Die Fachbegriffe schließen die oben konkret angegebenen Wörter, daraus abgeleitete Begriffe und Wörter ähnlicher Bedeutung ein.
  • Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausführung eines Tandem-Wälzlagers 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Tandem-Wälzlager 10 weist einen koaxial zu einem Außenring 30 angeordneten Innenring 20 auf. Die Innen- und Außenringe 20, 30 begrenzen jeweils mindestens zwei Laufbahnen 22, 24, 32, 34 zur Stützung der Wälzkörper 40, 50 in der radialen Richtung. Zwischen den Innen- und Außenringen 20, 30 sind Mehrzahlen von Wälzkörpern 40, 50 angeordnet, um die Ringe 20, 30 bei Drehbewegungen zu stützen. Die Wälzkörper 40, 50 sind vorzugsweise Kugeln, und das Lager ist bevorzugt ein Tandem-Kugellager. Erste und zweite Käfige 60, 70 weisen Abstandshalter in Umfangsrichtung für die Mehrzahlen von Wälzkörpern 40, 50 auf. Bei der Montage werden die Mehrzahlen von Wälzkörpern 40, 50 in radiale Richtung in die Käfige 60, 70 eingesetzt. Verfahren zur Herstellung der Innen- und Außenringe 20, 30 sind allgemein bekannt. Die Innen- und Außenringe 20, 30 können aus jedem geeigneten Werkstoff mit den gewünschten Härte- und Belastbarkeitseigenschaften gefertigt werden, wie zum Beispiel aber ohne Einschränkung, aus durchgehärtetem oder aus einsatzgehärtetem Stahl.
  • Es sind zwei Wälzkörper-Unterbaueinheiten 160, 170 vorgesehen. Fig. 4 zeigt eine erste Wälzkörper-Unterbaueinheit 160 mit einem der Wälzkörper der ersten Mehrzahl von Wälzkörpern 40 und den ersten Käfig 60. Wenn das Tandem-Wälzlager 10 montiert ist, befindet sich der erste Käfig 60 in einem ersten Paar der Laufbahnen 24, 34 in den Innen- und Außenringen 20, 30. Die Figuren 2-4 zeigen, dass der erste Käfig 60 einen ersten Ring 62 aufweist, der mit einer Mehrzahl von, ein axiales freies Ende 61 aufweisenden, sich axial erstreckenden Vorsprüngen 64 versehen ist. Haltetaschen 90 für die Wälzkörper sind zwischen jedem benachbarten Paar der sich axial erstreckenden Vorsprünge 64 gebildet. Die Vorsprünge 64 weisen jeweils ein Paar von radial äußeren Nasen 66 auf, welche sich in eine Umfangsrichtung in benachbarte Haltetaschen 90 hinein erstrecken. Die radial äußeren Nasen 66, welche sich von benachbarten Vorsprüngen 64 in jede der benachbarten Haltetaschen 90 hinein erstrecken, begrenzen radial äußere Halteflächen 166, 168 für jeweils einen der Wälzkörper der ersten Mehrzahl von Wälzkörpern 40 in der entsprechenden Tasche 90. Die radial äußeren Halteflächen 166, 168 sind vorzugsweise einer Kontaktfläche der Wälzkörper 40 angepasst, und sind in bevorzugten Gestaltungen partiell sphärische Flächen. Radial innere, partiell zylindrische Flächen 68 befinden sich auf den Vorsprüngen 64 jeweils radial einwärts von der entsprechenden äußeren Nase 66 der jeweiligen Tasche 90. Eine an einer Innenwand des ersten Rings 62 geformte partiell sphärische Fläche 80 bildet eine radial innere Stützung für den Wälzkörper 40 und weist einen hakelfreien Übergang zu den radial inneren partiell zylindrischen Flächen 68 auf. Der erste Käfig 60 wird vorzugsweise als Ganzes in einem Stück aus Kunststoff gefertigt.
  • Die Figuren 7-10 zeigen eine zweite Wälzkörper-Unterbaueinheit 170 mit einem der Wälzkörper der zweiten Mehrzahl von Wälzkörpern 50 und den zweiten Käfig 70. Die zweite Wälzkörper-Unterbaueinheit 170 hat einen größeren Gesamtdurchmesser als die erste Wälzkörper-Unterbaueinheit 160. Wenn das Tandem-Wälzlager 10 montiert ist, befindet sich der zweite Käfig 70 in einem zweiten Paar der Laufbahnen 22, 32 in den Innen- und Außenringen 20, 30. Die Figuren 5-7 zeigen, dass der zweite Käfig 70 einen zweiten Ring 72 aufweist, der mit einer Mehrzahl von, ein axiales freies Ende 71 aufweisenden, sich axial erstreckenden Vorsprüngen 74 versehen ist. Haltetaschen 100 für die Wälzkörper sind zwischen jedem benachbarten Paar der Vorsprünge 74 gebildet. Die Vorsprünge 74 weisen jeweils ein Paar von radial inneren Nasen 76 auf, welche sich in die Umfangsrichtung in jede der benachbarten Haltetaschen 100 hinein erstrecken. Die radial inneren Nasen 76, welche sich von benachbarten Vorsprüngen 74 in jede der benachbarten Haltetaschen 100 hinein erstrecken, begrenzen radial innere Halteflächen 176, 178 für jeweils einen der Wälzkörper der zweiten Mehrzahl von Wälzkörpern 50 in der entsprechenden Tasche 100. Die radial inneren Halteflächen 176, 178 sind vorzugsweise einer Kontaktfläche der Wälzkörper angepasst, und sind in bevorzugten Gestaltungen partielle sphärische Flächen. Radial äußere, partiell zylindrische Flächen 78 befinden sich auf den Vorsprüngen 74 jeweils radial auswärts von der entsprechenden inneren Nase 76 der jeweiligen Tasche 100. Eine an einer Innenwand des zweiten Rings 72 geformte partiell sphärische Fläche 82 bildet eine radial äußere Stützung für den Wälzkörper 50 und weist einen hakelfreien Übergang zu den radial äußeren partiell zylindrischen Flächen 78 auf. Der zweite Käfig 70 wird vorzugsweise als Ganzes in einem Stück aus Kunststoff gefertigt.
  • Die axialen freien Enden 61, 71 der Vorsprünge 64, 74 des ersten und des zweiten Käfigs 60, 70 sind einander zugewandt. Die Wälzkörper-Unterbaueinheiten 160,170 des vorliegenden Tandem-Wälzlagers 10 können näher an einander angeordnet werden, als Tandem-Wälzlager mit geschlossenen Käfigen, welche auf Grund der geschlossenen Käfiggestaltung zusätzlichen Raum für das erforderliche Spiel zwischen dem Wälzkörper-Unterbaueinheiten benötigen. Auf Grund der offenen Gestaltung der Käfige 60, 70 gemäß der Erfindung, kann der kürzeste Abstand zwischen der ersten Mehrzahl von Wälzkörpern 40 und der zweiten Mehrzahl von Wälzkörpern 50 reduziert werden.
  • In der bevorzugten Ausführung eines Tandem-Kugellagers weisen die erste und die zweite Mehrzahl von Wälzkörpern 40, 50 sphärische Wälzkörper auf, die jeweils auf einer Radialachse 41, 51 angeordnet sind, welche sich durch einen axialen Mittelpunkt 12 des Tandem-Kugellagers 10 erstreckt und einen orthogonal zu der Radialachse 41, 51 angeordneten Äquator 42, 52 aufweist, der die sphärischen Wälzkörper in radial innere Halbkugeln 43, 53 und radial äußere Halbkugeln 44,54 teilt. Die Wälzkörper 40, 50 der ersten und zweiten Mehrzahl von sphärischen Wälzkörpern weisen jeweils einen Mittelpunkt P auf, durch den sich die Radialachsen 41, 51 hindurch erstrecken. Die Äquator 42, 52 begrenzen eine sich orthogonal zu den Radialachsen 41, 51 erstreckende Ebene. Eine Axialebene 47, 57 erstreckt sich durch den Mittelpunkt P und verläuft parallel und radial versetzt zum axialen Mittelpunkt 12 des Tandem-Kugellagers 10.
  • Um gute Halteeigenschaften mit der Ausführung mit einem offenen Käfig sicherzustellen, kontaktieren die radial äußeren Nasen 66 des ersten Käfigs 60 zwei Quadranten 45, 46 der radial äußeren Halbkugel 44 jedes der Wälzkörper 40 der ersten Mehrzahl von Wälzkörpern, welche jeweils benachbart zu den freien axialen Enden 61 der Vorsprünge 64 sind, und die partiell sphärische Fläche 80 des ersten Käfigs 60 und/oder die partiell zylindrischen Flächen 68 kontaktieren die radial innere Halbkugel 43. Die partiell sphärische Fläche 80 erstreckt sich um die Radialachse 41 der ersten Mehrzahl von Wälzkörpern 40. Wie in Fig. 13 zu sehen ist, wird der Winkel α durch die partiell sphärische Fläche 80 definiert, die sich um die Radialachse 41 erstreckt. Der Winkel α liegt bevorzugt im Bereich von 170° bis 190°. Der Winkel β wird zum Teil durch die äußeren Halteflächen 166, 168 definiert und erstreckt sich bevorzugt im Bereich von ca. 260° bis 270° um die Radialachse 41. Fig. 14 zeigt dass der Winkel ϑ teilweise durch die radial inneren partiell zylindrischen Flächen 68 definiert wird und dass er sich bevorzugt im Bereich von ca. 225° bis 255° um die Axialachse 47 erstreckt.
  • Bei dem zweiten Käfig 70 kontaktieren die radial inneren Nasen 76 zwei Quadranten 55, 56 der radial inneren Halbkugel 53 jedes der Wälzkörper 50 der zweiten Mehrzahl von Wälzkörpern, welche jeweils benachbart zu den freien axialen Enden 71 der Vorsprünge 74 sind, und die partiell sphärische Fläche 82 des zweiten Käfigs 70 und/oder die partiell zylindrischen Flächen 78 kontaktieren die radial äußere Halbkugel 54. Die partiell sphärische Fläche 82 erstreckt sich um die Radialachse 51 der zweiten Mehrzahl von Wälzkörpern 50. Wie in Fig. 15 zu sehen ist, wird der Winkel a' durch die partiell sphärische Fläche 82 definiert, die sich um der Radialachse 51 erstreckt. Der Winkel a' liegt bevorzugt im Bereich von 170° bis 190°. Der Winkel β` wird zum Teil durch die inneren Halteflächen 176, 178 definiert und erstreckt sich bevorzugt im Bereich von ca. 260° bis 270° um die Radialachse 51. Fig. 16 zeigt dass der Winkel ϑ' teilweise durch die radial äußeren partiell zylindrischen Flächen 78 definiert wird und dass er sich bevorzugt im Bereich von ca. 225° bis 255° um die Axialachse 57 erstreckt.
  • Vorzugsweise weisen die Vorsprünge 64 des ersten Käfigs 60 jeweils einen ersten abgeschrägten Abschnitt 65 an einer radial inneren, dem axialen freien Ende 61 benachbarten Fläche auf. Die Vorsprünge 64 des ersten Käfigs 60 weisen vorzugsweise auch jeweils einen zweiten abgeschrägten Abschnitt 67 an einer radial äußeren, dem ersten Ring 62 benachbarten Fläche auf. Fig. 11 zeigt, dass jeder Vorsprung 64 des ersten Käfigs 60 auch einen dritten abgeschrägten Abschnitt 69 an einer radial äußeren, dem axialen freien Ende 61 benachbarten Fläche aufweist.
  • Auf ähnliche Weise weisen die Vorsprünge 74 des zweiten Käfigs 70 jeweils einen ersten abgeschrägten Abschnitt 75 an einer radial äußeren, dem axialen freien Ende 71 benachbarten Fläche auf. Die Vorsprünge 74 des zweiten Käfigs 70 weisen vorzugsweise auch jeweils einen zweiten abgeschrägten Abschnitt 77 an einer radial inneren, dem zweiten Ring 72 benachbarten Fläche auf. Der zweite Ring 72 kann zusätzlich eine radial verlaufende Rippe 79 aufweisen, die sich radial nach außen bis jenseits der Vorsprünge 74 des zweiten Käfigs 70 erstreckt.
  • In einer weiteren, in Fig. 12 gezeigten alternativen Ausbildung kann der zweite Ring 72 eine radial verlaufende Rippe 79 aufweisen, die sich radial nach innen bis jenseits der Vorsprünge 74 des zweiten Käfigs 70 erstreckt.
  • Bezugnehmend wieder auf Fig. 1 ist zu sehen, dass der Innenring 20 an einem axialen Ende ein Halteelement 26 aufweist. Das Halteelement 26 ist eine ringförmige Rippe, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser der benachbarten Laufbahn 24. Die kleinere Wälzkörper-Unterbaueinheit 160 weist einen kleineren Haltedurchmesser, als der Durchmesser des Halteelements 26 des Innenrings 20 auf. Die kleinere Wälzkörper-Unterbaueinheit 160 wird über das Halteelement 26 in die Laufbahn 24 gepresst und durch das Halteelement 26 fest in Position gehalten.
  • Nach dieser ausführlichen Beschreibung verschiedener Ausführungen des vorliegenden Tandem-Wälzlagers wird es dem Fachmann klar sein und von ihm gewürdigt werden, das zahlreiche physische Veränderungen in der Vorrichtung, von denen nur einige in der ausführlichen Beschreibung beispielhaft erwähnt wurden, ohne Veränderung des erfinderischen Gedankens und der darin verkörperten Prinzipien möglich wären. Die beschriebenen Ausführungen sind deshalb in jeder Beziehung als beispielhaft und nicht als einschränkend zu betrachten. Der Geltungsbereich der Erfindung ergibt sich aus den beigefügten Ansprüchen und nicht aus der oben angegebenen Beschreibung.

Claims (15)

  1. Tandem-Wälzlager (10) umfassend:
    - einen Innenlagerring (20) und einen Außenlagerring (30), wobei jeder dieser Lagerringe (20, 30) mindestens zwei Laufbahnen (22, 24, 32, 34) begrenzt,
    - eine erste Wälzkörper-Unterbaueinheit (160) mit einer ersten Mehrzahl von Wälzkörpern (40) und einem ersten, in einem ersten Paar von Laufbahnen (24, 34) in dem Innen- und Außenlagerringen (20, 30) angeordneten Käfig (60),
    - wobei der erste Käfig (60) einen ersten Ring (62) mit einer Mehrzahl von sich axial erstreckenden Vorsprüngen (64) aufweist, jeder Vorsprung (64) ein axiales freies Ende (61) besitzt, und Haltetaschen (90) für die Wälzkörper (40) jeweils zwischen benachbarten Paaren von Vorsprüngen (64) vorgesehen sind,
    - wobei jeder der Vorsprünge (64) ein Paar von radial äußeren Nasen (66) aufweist, welche sich in eine Umfangsrichtung in benachbarte Haltetaschen (90) hinein erstrecken, wobei die radial äußeren Nasen, Nasen (66), welche sich von benachbarten Vorsprüngen (64) in jede der Haltetaschen (90) hinein erstrecken, eine radial äußere Haltefläche (166, 168) für jeweils einen der Wälzkörper der ersten Mehrzahl von Wälzkörpern (40) in der entsprechenden Haltetasche (90) begrenzen, wobei eine partiell sphärische Fläche (80) an einer inneren Fläche des ersten Rings (62) und jeweilige radial innere, zwischen den Vorsprüngen der jeweiligen Haltetasche (90) angeordnete, partiell zylindrische Flächen (68) einen entsprechenden Wälzkörper der ersten Mehrzahl von Wälzkörpern (40) kontaktieren; und
    - eine zweite Wälzkörper-Unterbaueinheit (170) mit einer zweiten Mehrzahl von Wälzkörpern (50) und einem zweiten, in einem zweiten Paar von Laufbahnen (22, 32) in dem Innen- und dem Außenlagerring (20, 30) angeordneten Käfig (70),
    - wobei der zweite Käfig (70) einen zweiten Ring (72) mit einer Mehrzahl von sich axial erstreckenden Vorsprüngen (74) aufweist, jeder Vorsprung (74) ein axiales freies Ende (71) besitzt, und Haltetaschen (100) für die Wälzkörper (50) jeweils zwischen benachbarten Paaren von Vorsprüngen (74) vorgesehen sind,
    - wobei jeder der Vorsprünge (74) ein Paar von radial inneren Nasen (76) aufweist, welche sich in die Umfangsrichtung in benachbarte Haltetaschen (100) hinein erstrecken, wobei die radial inneren Nasen (76), welche sich von benachbarten Vorsprüngen (74) in jede der Haltetaschen (100) hinein erstrecken, eine radial innere Haltefläche (176, 178) für jeweils einen der Wälzkörper der zweiten Mehrzahl von Wälzkörpern (50) in der entsprechenden Haltetasche (100) begrenzen, wobei eine partiell sphärische Fläche (82) an einer inneren Fläche des zweiten Rings (72) und jeweilige radial äußere, zwischen den Vorsprüngen (74) der jeweiligen Haltetasche (100) angeordnete, partiell zylindrische Flächen (78) einen entsprechenden Wälzkörper der zweiten Mehrzahl von Wälzkörpern (50) kontaktieren; und
    - wobei die freien Enden (61, 71) der Vorsprünge (64, 74) des ersten und des zweiten Käfigs (60, 70) einander zugewandt sind.
  2. Tandem-Wälzlager (10) nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Mehrzahl von Wälzkörpern (40, 50) sphärische Wälzkörper aufweisen, welche jeweils eine Radialachse (41, 51) aufweisen, die sich durch einen axialen Mittelpunkt (12) des Tandem-Wälzlagers (10) erstreckt, wobei eine Axialachse parallel und radial versetzt zu dem axialen Mittelpunkt (12) des Tandem-Wälzlagers (10) verläuft, wobei ein zur Radialachse orthogonal verlaufender Äquator (42, 52) die sphärischen (40, 50) in radial innere und radial äußere Halbkugeln (43, 53, 44, 54) unterteilt.
  3. Tandem-Wälzlager (10) nach Anspruch 2, wobei die radial äußeren Nasen (66) des ersten Käfigs (60) zwei Quadranten (45, 46) der radial äußeren Halbkugel (44) jedes der den freien Enden (61) der Vorsprünge (64) benachbarten sphärischen Wälzkörper der ersten Mehrzahl von Wälzkörpern (40) kontaktiert.
  4. Tandem-Wälzlager (10) nach Anspruch 3, wobei die partiell sphärische Fläche (80) des ersten Käfigs (60) die radial innere Halbkugel (43) kontaktiert und sich durch annähernd 170° bis 190° um die Radialachse (41) eines jeden der ersten Mehrzahl von Wälzkörpern (40) erstreckt.
  5. Tandem-Wälzlager (10) nach Anspruch 2, wobei die radial inneren Nasen (76) des zweiten Käfigs (70) zwei Quadranten (55, 56) der radial inneren Halbkugel (53) jedes der den freien Enden (71) der Vorsprünge (74) benachbarten sphärischen Wälzkörper der zweiten Mehrzahl von Wälzkörpern (50) kontaktiert.
  6. Tandem-Wälzlager (10) nach Anspruch 5, wobei die partiell sphärische Fläche (82) des zweiten Käfigs (70) die radial äußere Halbkugel (54) kontaktiert und sich durch annähernd 170° bis 190° um die Radialachse (51) eines jeden der zweiten Mehrzahl von Wälzkörpern (50) erstreckt.
  7. Tandem-Wälzlager (10) nach Anspruch 1, wobei die zweite Wälzkörper-Unterbaueinheit (170) einen größeren Gesamtdurchmesser besitzt als ein Gesamtdurchmesser der ersten Wälzkörper-Unterbaueinheit (160).
  8. Tandem-Wälzlager (10) nach Anspruch 1, wobei der erste Käfig (60) als Ganzes in einem Stück aus Kunststoff gefertigt ist.
  9. Tandem-Wälzlager (10) nach Anspruch 1, wobei der zweite Käfig (70) als Ganzes in einem Stück aus Kunststoff gefertigt ist.
  10. Tandem-Wälzlager (10) nach Anspruch 1, wobei die Vorsprünge (74) des zweiten Käfigs (70) einen ersten abgeschrägten Abschnitt (75) an einer radial äußeren, den axialen freien Enden (71) benachbarten Fläche aufweisen.
  11. Tandem-Wälzlager (10) nach Anspruch 10, wobei die Vorsprünge (74) des zweiten Käfigs (70) einen zweiten abgeschrägten Abschnitt (77) an einer radial inneren, dem zweiten Ring (72) benachbarten Fläche aufweisen.
  12. Tandem-Wälzlager (10) nach Anspruch 1, wobei die Vorsprünge (64) des ersten Käfigs (60) einen ersten abgeschrägten Abschnitt (65) an einer radial inneren, den axialen freien Enden (61) benachbarten Fläche und einen zweiten abgeschrägten Abschnitt (67) an einer radial äußeren, dem ersten Ring (62) benachbarten Fläche aufweisen.
  13. Tandem-Wälzlager (10) nach Anspruch 1, wobei der zweite Ring (72) eine in radiale Richtung verlaufende Rippe (79) aufweist, die sich radial nach außen bis jenseits der Vorsprünge (74) des zweiten Käfigs (70) erstreckt.
  14. Tandem-Wälzlager (10) nach Anspruch 1, wobei der erste Ring (62) eine in radiale Richtung verlaufende Rippe (26) aufweist, die sich radial nach innen bis jenseits der Vorsprünge (64) des ersten Käfigs (60) erstreckt.
  15. Tandem-Wälzlager (10) nach Anspruch 11, wobei die Vorsprünge (64) des ersten Käfigs (60) einen dritten abgeschrägten Abschnitt (69) an einer radial äußeren, den axialen freien Enden (61) benachbarten Fläche aufweisen.
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